再生水灌溉对草坪养分分配的影响

再生水灌溉对草坪养分分配的影响

其次，处理废水（再生水），以达到农业灌溉用水的标准，并可用于灌溉草坪。再生水灌溉城市草坪，不仅缓解了宝贵清洁水源的短缺趋势，减少了肥料的使用，满足了改善城市水环境的要求。它促进了城市水资源和水环境的协调发展。根据中国《节水技术政策框架》，绿化用水应优先使用再生水。对于非再生水，应采用喷灌、微灌和灌溉等节水灌溉技术。结果表明，再生水灌溉城市草坪的符合国家政策。随着城市再生水系统的完善和草坪面积的增加，将不可避免地利用再生水灌溉牧场。养分在植株体内的贮量是草坪草的生长状况反映,而且与草坪草质量密切相关.氮磷钾氯是植物生长不可缺少的四要素,对再生水灌溉下草坪草植株体内氮磷钾及氯元素分配规律的研究有助于了解草坪草植株体内养分状况,为再生水灌溉下草坪草施肥管理提供理论依据.近年来,有关草坪灌溉的研究已有许多报道,主要涉及草坪耗水规律、草坪灌溉制度、草坪生物量、草坪生理生化指标、草坪土壤化学性质等方面,而对灌溉与草坪草养分分配的研究报道较少,尤其缺乏污水经二级深度处理的再生水灌溉下草坪草植株体内氯元素分配研究.氯作为农作物生长发育不可缺少的微量元素,在一定范围内能促进作物生长发育,而浓度过高时又会抑制作物生长,产生氯毒,致使作物生长发育受阻甚至死亡.再生水出水余氯含量要求及高含盐量,致使再生水中氯的含量要高于清水,再生水灌溉下草坪草植株体内氯元素分配规律有待进一步研究.基于此,本文选择能适应干旱寒冷气候的优良冷季型草坪草草地早熟禾(Poapratensis)为指示草种,初步研究了不同灌溉水源及再生水灌溉水分处理下草坪草植株体内养分元素的分配状况,结合同期检测的草坪草质量指标分析了草坪草植株体内养分与草坪质量的关系,以期为根据草坪草植株养分分配状况采用相应的再生水灌溉技术并获得高质量草坪提供理论依据.1试验的基本特点和试验方法1.1土壤、土壤条件试验地在北京市水科所通州区永乐店农业节水中心试验站,该试验站位于北京东南部,北纬39°47′,东经116°47′,海拔高程为11m,属华北平原地区,年降雨量580～600mm,降雨集中在7、8月,年内分配不均.供试土壤为该试验站0～30cm根层土壤,土壤取回后风干,过0.5cm筛备用.土壤粘粒含量为16.77%、粉粒58.27%、砂粒25.54%、总碳1.5165%、总氮0.069%,土壤质地为沙壤土.1.2试验处理与灌溉试验在长40.0m、跨度为7.7m、屋脊高3.6m、东西延长的塑料日光温室内进行,采用盆栽方法,试验用上口直径27.6cm、高24.0cm的塑料盆,每盆装干土10.5kg.选用草地早熟禾为研究对象,2004年7月16日播种,每盆播量为0.20g,6d后出苗,在整个试验过程中各处理没有施肥.待草坪草植株的自然高度长到12cm左右时修剪,依据1/3修剪原则,修剪高度定为8cm.于播种46d后开始水分处理,在每日17:00用瑞士SR32001型电子天平称重监测各盆失水情况,当土壤水分含量分别达到灌溉下限时开始补水,安排7个试验处理(见表1),每处理3次重复,随机区组排列.每次每盆灌530mL,灌溉水量用量桶计量.试验灌溉所用清水为当地的地下水,再生水来自高碑店污水处理厂二级出水,灌溉水源的化学成分见表2.1.3测量和方法1.3.1ro1全氮、氯和微量元素含量的测定取样时间为2005年10月12日,样品洗净后,按叶(Le)、茎(St)、根状茎(Rh)及根系(Ro)等器官分开,置烘箱内105℃杀青15min,在75℃烘干至恒重.将干样磨碎过筛后,称取0.5g,入装有H2SO4--HClO4溶液中消煮6h后,用凯氏定氮法测定全氮含量,钼锑抗显色法测定全磷含量,原子吸收分光光度计测定全钾含量,微机电位自动滴定测定氯含量.1.3.2草坪密度的测定在草坪草生育期内分别于2005年9月25日、10月5日及10月12日,每处理定3盆,对草坪草质量指标进行测定.草坪分蘖密度采用手工计数;草坪颜色、盖度、均一性,其评分标准采用目前国际通用的9分制,最好9分,最差1分,通常6分可接受,最后取草坪质量指标的平均值(见表3).2结果与分析2.1不同灌溉处理对草坪草叶片中、根、根的影响草地早熟禾植株不同部位氮分配状况如图1、2.就各处理氮平均值比较发现,以叶片中氮浓度最高,表现为叶片(2.252%)>茎(1.356%)>根状茎(1.009%)>根(0.924%),叶片中氮是根系中氮浓度的2.44倍.通过对不同植株部位氮浓度进行显著性检验,表明其差异达极显著水平,特别是叶片中氮浓度极显著高于其他部位氮浓度,而茎中、根状茎及根系中氮浓度差异不显著.不同灌溉水质下,以清水适宜灌处理为对照,混合适宜灌及再生水适宜灌下草坪草叶片氮浓度分别是对照的1.13和1.61倍;混合适宜灌及再生水适宜灌下草坪草茎中氮浓度分别为对照的1.13和1.60倍;混合适宜灌及再生水适宜灌下草坪草根状茎中氮浓度分别为对照的1.31和1.68倍;混合适宜灌及再生水适宜灌下草坪草根系中氮浓度分别为对照的1.13和1.08倍.可见,采用再生水灌溉利于氮素向草坪草叶片、茎及根状茎等器官分配,而对根系中氮素分配影响不显著.再生水灌溉不同水分处理下,与供水适宜处理(RPI)相比,再生水重度胁迫处理下草坪草叶片、茎、根状茎及根系中氮浓度分别增加了0.46、1.11、1.11及0.60倍,显著性分析表明处理间差异不显著,表明再生水灌溉胁迫处理下草坪草生长受到抑制,作物吸氮绝对量减少,致使土壤中氮元素的累积,土壤中氮素的增加利于植株中氮素浓度增高.2.2不同灌溉水质对草坪叶片中磷浓度的影响草地早熟禾植株不同部位磷分配状况如图3、4.就各处理磷平均值比较发现,以叶片及茎中磷浓度较高,而根状茎及根系中磷浓度相对较低,表现为叶片(0.265%)>茎(0.253%)>根状茎(0.133%)>根(0.122%),叶片中磷是根系中磷浓度的2.18倍.通过对不同植株部位磷浓度进行邓肯多重比较发现,地上部位磷浓度极显著高于地下部位磷浓度,而地上(叶片与茎之间)、地下(根状茎与根之间)的磷浓度差异不显著.不同灌溉水质下,以清水适宜灌为对照,混合适宜灌及再生水适宜灌叶片中磷浓度分别是对照的0.90和0.94倍;混合适宜灌及再生水适宜灌草坪草茎中磷浓度分别为对照的0.87和0.95倍;混合适宜灌及再生水适宜灌根状茎中磷浓度分别为对照的0.94和0.92倍;混合适宜灌及再生水适宜灌根系中磷浓度分别为对照的1.04和0.93倍.显著性分析表明,采用再生水灌溉对草坪草植株体内磷元素分配影响不显著,表明草坪草对磷元素的需求量少.再生水灌溉不同水分处理下,与供水适宜处理(RPI)相比,再生水重度胁迫处理下草坪草叶片、茎、根状茎及根系中磷浓度分别是对照的0.71、0.72、0.78及0.73倍,显著性分析表明二者差异达显著水平,表明水分胁迫下磷元素的输送受到抑制,与植株地下部位相比植株地上部位磷素输送受水分胁迫抑制更为明显.2.3不同灌溉水质对对草坪草中钾浓度的影响草地早熟禾植株不同部位钾分配状况如图5、6.就各处理钾平均值比较发现,以叶片中钾浓度最高,茎中钾浓度次之,地下部分钾浓度最小,表现为叶片(1.604%)>茎(1.297%)>根状茎(0.255%)>根(0.193%),叶片中钾是根系中钾浓度的8.33倍.通过对不同植株部位钾浓度进行邓肯多重比较发现,叶片中钾浓度极显著高于茎中钾浓度,茎中钾浓度极显著高于地下部分钾浓度,而根状茎及根系中钾浓度差异不显著.不同灌溉水质下,以清水适宜灌为对照,混合适宜灌及再生水适宜灌叶片中钾浓度分别是对照的0.95和1.40倍;混合适宜灌及再生水适宜灌草坪草茎中钾浓度分别为对照的1.02和1.31倍;混合适宜灌及再生水适宜灌根状茎中钾浓度分别为对照的0.97和0.95倍;混合适宜灌及再生水适宜灌根系中钾浓度分别为对照的0.74和0.74倍,显著性分析表明再生水地上部分钾的浓度显著高于其他2处理.可见,采用再生水灌溉利于钾元素向草坪草植株地上部分分配,而对地下部分钾分配影响不明显.再生水灌溉不同水分处理下,与供水适宜处理(RPI)相比,再生水重度胁迫处理下草坪草叶片、茎、根状茎及根系中钾浓度分别是对照的1.07、1.18、1.23及0.61倍,表明再生水灌溉下水分胁迫处理促进钾元素向植株叶片、茎秆及根状茎中分配,而对水分胁迫处理下植株根系中钾浓度降低,显著性分析表明再生水灌溉不同水分处理下草坪草钾浓度差异不显著.2.4不同灌溉水质对根系中氯的影响草地早熟禾植株不同部位氯分配状况如图7、8.就各处理氯平均值比较发现,草坪草不同器官中氯元素分配与氮磷钾相似,叶片中氯浓度极显著高于根系中氯浓度,草坪草茎中氯浓度及根状茎中氯浓度差异不显著,表现为叶片(2.040%)>茎(1.740%)>根状茎(1.493%)>根(1.184%),叶片中氯是根系中氯浓度的1.72倍,通过F检验表明不同部位植株氯浓度差异达显著水平.不同灌溉水质下,以清水适宜灌为对照,混合适宜灌及再生水适宜灌叶片中氯浓度分别是对照的0.96和1.56倍;混合适宜灌及再生水适宜灌草坪草茎中氯浓度分别为对照的1.50和1.65倍;混合适宜灌及再生水适宜灌根状茎中氯浓度分别为对照的0.84和1.08倍;混合适宜灌及再生水适宜灌根系中氯浓度分别为对照的1.39和0.73倍.显著性分析表明,再生水灌溉下叶片及茎中氯浓度显著高于混合及清水灌溉处理.可见,采用再生水灌溉利于氯元素向草坪草植株地上部分分配,而对地下部分氯分配影响不显著.再生水灌溉不同水分处理下,与供水适宜处理(RPI)相比,再生水重度胁迫处理下草坪草叶片、茎、根状茎及根系中氯浓度分别是对照的1.39、1.90、1.54及2.00倍,显著分析表明,二者间差异达极显著水平.2.5植物养分元素与草坪草地质量之间的关系2.5.1植株地上部位养分元素相关性分析对草坪草植株各器官氮磷钾及氯元素浓度进行相关分析,见表4.相关分析表明同一养分元素在不同器官浓度间相关性大小取决于植株部位,地上部位间相关性最大,地上地下部位间相关性次之,地下部位间养分元素相关性最小.为此,与地下部分养分元素相比,地上部分植株养分元素内部间关系研究对草坪草植株养分状况分析更为重要.通过比较发现,在植株地上部位养分元素浓度中,以植株叶片氮素浓度和叶片其他养分元素及茎中养分元素浓度的相关性都达显著性或极显著性,可以粗略代表植株地上部位养分状况.2.5.2植株磷素浓度对草坪草颜色的影响从表5可以看出,除草坪草根状茎中钾氯元素与颜色分值间相关性达显著水平外,植株养分元素与草坪草质量及构成因素相关性不显著.研究表明,再生水灌溉下叶片氮浓度越高,不能反映草坪草颜色分值越高,草坪草植株氮浓度升高可能由于水分胁迫而引起的浓缩效应;草坪草颜色分值与植株体内磷元素浓度成正相关,草坪草植株磷素浓度增加,表明其颜色分值增高;草坪草根状茎中钾元素和氯元素与颜色分值成负相关,相关性达显著水平.再生水灌溉下,要使草坪草有较高的盖度分值,应使植株体有较高的含磷量,较低的氮钾氯量.草坪草的均一性分值与叶片磷浓度、茎中氮浓度、根状茎钾浓度及根状茎氯浓度相关性较高,要保持草坪草较高均一性分值,应提高叶片磷浓度,降低茎中氮浓度及根状茎中钾氯浓度.草坪草分蘖密度与植株养分元素相关性较低,绝对值最大相关系数来自于根状茎中氯元素,相关系数仅为-0.41.草坪草根状茎中钾氯元素及植株地上部位中氮磷氯元素相关性较好,要提高草坪草喜好分值,应使草坪草根状茎钾氯元素浓度降低,降低植株地上部位氮氯元素浓度,提高地上部位磷元素浓度.2.5.3植株养分分配对草坪草质量的影响由植株养分元素与草坪草质量及构成因素之间的通径分析(见表6)可知,再生水灌溉下叶片钾浓度、根状茎氯浓度、茎磷浓度、根状茎钾浓度对草坪草颜色分值的直接作用较大,影响的大小及方向为Le--K(正作用)>Rh--Cl(负作用)>St--P(负作用)>Rh--K(负作用).再生水灌溉下叶片钾浓度、茎磷浓度、叶片氯浓度、根状茎氯浓度及茎氮浓度对草坪草盖度分值的直接作用较大,影响大小及方向为Le--K(正作用)>St--P(负作用)>Le--Cl(负作用)>Rh--Cl(负作用)>St--N(负作用).再生水灌溉下叶片钾浓度、茎磷浓度、根状茎氯浓度、茎氮浓度、叶片氯浓度对草坪草均一性分值的直接作用较大,影响大小及方向为Le--K(正作用)>St--P(负作用)>Rh--Cl(负作用)>St--N(负作用)>Le--Cl(负作用).再生水灌溉下根钾浓度、根氯浓度、根状茎氯浓度、茎氮浓度、叶片钾浓度对草坪草分蘖密度的直接作用较大,影响大小及方向为Ro--K(负作用)>Ro--Cl(负作用)>Rh--Cl(负作用)>St--N(负作用)>Le--K(正作用).再生水灌溉下叶片钾浓度、根状茎氯浓度、茎磷浓度、叶片氯浓度、茎氮浓度对草坪草喜好分值的直接作用较大,影响大小及方向为Le--K(正作用)>Rh--Cl(负作用)>St--P(负作用)>Le--Cl(负作用)>St--N(负作用).可见,再生水灌溉下叶片钾浓度高、根状茎氯浓度低、茎中磷浓度低及叶片氯浓度低,草坪草的综合质量高.此外,尽管叶片钾浓度与草坪草质量及构成因素相关性总体较低,通径分析表明叶片钾浓度对草坪草综合质量正效应最大,同时叶片钾浓度通过对植株其他养分元素浓度作用而影响草坪颜色分值、盖度分值、均一性分值及喜好分值.根系钾浓度与草坪草分蘖密度相关系数仅为0.04,通径分析表明根系钾浓度对草坪草分蘖密度负效应最大,同时通过植株地上部位养分元素浓度及根状茎养分元素浓度间接影响草坪草分蘖.在分析植株养分分配对草坪草质量的影响不仅要考虑其相关性,也要分析其直接作用及间接作用,因为再生水灌溉下草坪草植株养分元素浓度变化不仅直接影响草坪质量,可能会通过影响其他养分元素浓度达到对草坪质量控制的目的.为此,要搞清再生水灌溉下草坪草植株养分浓度与草坪质量的内在关系,应深入研究各植株养分浓度的间接作用,即通过哪些植株养分浓度对草坪草质量有影响及影响效果大小.3再生水灌溉对草坪草植株养分分配的影响1)养分的吸收、同化与运转直接影响着作物的生长和发育,对养分吸收动态变化规律的了解,有助于采取有效措施调控作物生长发育.草坪草不同器官中氮磷钾及氯元素浓度分配状况相似,即叶片中养分元素浓度>茎中养分元素浓度>根状茎中养分元素浓度>根中养分元素浓度.通过比较草坪草各器官养分元素浓度发现,草坪草叶片中以氮元素浓度最高,氯元素浓度次之,磷元素浓度最低.可见,再生水中养分元素被草坪草根系吸收,经过草坪草定期修剪能及时使草坪草中养分元素移出草坪,特别是草坪草叶片中氮及氯元素移出量最大.草坪草养分元素被及时移出草坪,反映再生水灌溉草坪的可行性,同时在一定程度上降低了再生水灌溉草坪草的潜在环境威胁.2)通过与清水适宜灌处理下草坪草植株养分分配状况比较发现,采用再生水灌溉利于氮素、钾素及氯素向草坪草植株地上部分分配,对植株地下部分氮素、钾素、氯素及植株磷素分配影响不显著.污水经二级处理后仍富含作物所需